我国科学家成功研制出新型碳材料

2022年07月04日 14:57 2185次浏览 来源:   分类: 新材料前沿

导读: 近日,中国科学院化学研究所研究员郑健团队在常压下,通过简单的反应条件,研制出了一种新型碳同素异形体单晶——单层聚合C60。

近日,中国科学院化学研究所研究员郑健团队在常压下,通过简单的反应条件,研制出了一种新型碳同素异形体单晶——单层聚合C60。这是一种全新的簇聚二维超结构,C60簇笼在平面上通过C-C键相互共价键合形成规则的拓扑结构。这种新型碳材料具有较高的结晶度和良好的热力学稳定性,为碳材料的研究提供了全新的思路。该成果引起了国际化学界和材料学界的广泛关注。

同一种元素构成的物质,由于原子排列不同,展现出不同的物理化学性质,该物质被称之为同素异形体。石墨和金刚石等都是碳的同素异形体。但这些材料都是原本就存在于自然界中的,一直以来,科学家们都在寻找,有没有可能用碳原子“搭建”出新型材料,“定制”出新型碳材料。

“对于制备纯碳材料,以往是用碳原子作为基础单元去构筑。”郑健说,他带领团队创造性地用C60分子替代碳原子作为基础单元,在常温常压的条件下,通过掺杂镁将C60分子聚合起来,再通过有机阳离子切片把镁去掉,最终得到单层聚合C60。

这是一种全新的簇聚二维超结构,由C60簇笼在平面上通过C-C键相互共价键合形成规则的拓扑结构。“为了得到这个稳定的结构,我们用了5年。”郑健说,一个C60分子中一共有60个碳原子,想要得到稳定的结构,就要让相邻分子中的碳原子形成稳定连接。研究团队尝试了很多种方法,制备了许多样品,走了很多弯路,终于,潜心研究有了回报:多种表征测量结果显示,这种新材料就是郑健团队想要得到的目标材料,该团队开创了一种新的制备碳材料的方法。

同时,测量结果还发现,这种新材料是典型的半导体,具有良好的热力学稳定性,在约326.85℃下仍旧稳定存在。郑健说:“该新型碳新材料在非线性光学和功能化电子器件方面具有重要应用意义,在超导、量子计算、自旋输运、信息及能量存储、催化等领域也具有潜在的应用前景。”接下来,该团队将深入研究这一新材料的特性,探索更多的应用场景和更大的应用价值。

责任编辑:杨一鸣

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